可生物降解双交联壳聚糖/氧化淀粉保水缓释尿素

《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》：Biodegradable dual-crosslinked chitosan/oxidized starch for slow-release urea with water retention

　　

摘要

背景

化肥利用率低、水资源短缺以及合成高分子基质的不可降解性，使得农业发展亟需可持续的替代方案。本研究提出了一种完全基于生物质的、双交联的壳聚糖/氧化淀粉（CS/OS）水凝胶，用于实现可控降解和高效的水肥管理。

结果

通过席夫碱反应和硼酸配位构建了CS/OS水凝胶，随后负载尿素。采用整合FT-IR、XPS和SEM的多尺度方法阐明了降解机理。优化的CS/OS（1:1）水凝胶表现出2278%的吸水率和优异的土壤持水能力。从机理上看，水凝胶在35天内降解69.91–77.32%，该过程由氧化淀粉的降解引发，在壳聚糖分解之前触发了三维网络结构的崩塌。这种可控降解决定了氮素释放动力学，CS/OS/尿素在35天内于土壤中的释放率达52.09–77.95%，其过程从溶胀驱动的扩散转变为基质侵蚀主导的传输。XPS演化证实了聚合物降解与NH??释放的同步性。得益于这种同步的水-养分供给，与纯尿素相比，CS/OS/尿素（1:1）使小白菜鲜重和干重生物量分别提高了38.07%和20.52%。

结论

本研究将CS/OS/尿素作为一种多功能缓释尿素配方，在提高氮素利用率和作物产量的同时减轻环境污染。研究结果凸显了基于生物质的水凝胶在可持续农业系统中的实际应用可行性，并为未来水凝胶基肥料的设计提供了机理性见解。

图形摘要

背景

化肥利用率低、水资源短缺以及合成高分子基质的不可降解性，使得农业发展亟需可持续的替代方案。本研究提出了一种完全基于生物质的、双交联的壳聚糖/氧化淀粉（CS/OS）水凝胶，用于实现可控降解和高效的水肥管理。

结果

通过席夫碱反应和硼酸配位构建了CS/OS水凝胶，随后负载尿素。采用整合FT-IR、XPS和SEM的多尺度方法阐明了降解机理。优化的CS/OS（1:1）水凝胶表现出2278%的吸水率和优异的土壤持水能力。从机理上看，水凝胶在35天内降解69.91–77.32%，该过程由氧化淀粉的降解引发，在壳聚糖分解之前触发了三维网络结构的崩塌。这种可控降解决定了氮素释放动力学，CS/OS/尿素在35天内于土壤中的释放率达52.09–77.95%，其过程从溶胀驱动的扩散转变为基质侵蚀主导的传输。XPS演化证实了聚合物降解与NH??释放的同步性。得益于这种同步的水-养分供给，与纯尿素相比，CS/OS/尿素（1:1）使小白菜鲜重和干重生物量分别提高了38.07%和20.52%。

结论

本研究将CS/OS/尿素作为一种多功能缓释尿素配方，在提高氮素利用率和作物产量的同时减轻环境污染。研究结果凸显了基于生物质的水凝胶在可持续农业系统中的实际应用可行性，并为未来水凝胶基肥料的设计提供了机理性见解。

图形摘要